一种无线传输数字式电子皮带秤的设计

余松青

（1.浙江省计量科学研究院，浙江 杭州 310013；2.浙江省蓝箭称重技术有限公司，浙江 杭州 310013）

0 引 言

传统的电子皮带秤是将皮带负荷以及皮带运行速度用模拟信号传输到远方的皮带秤显示仪表，经常产生因信号干扰和衰减而造成的测量误差，同时还存在现场铺设通信电缆困难的实际问题。无线传输数字式电子皮带秤，是将数字式发送器与皮带秤显示积算器之间的信息交换采用无线或有线的数字式传输方式，皮带秤显示积算器与上位机或其他显示装置之间的信息交换采用无线的数字式传输方式。这种全新的传输方式，既解决了传统模拟传输无法解决的信号干扰和衰减问题，又能解决长距离铺设电缆的施工难度和高昂的成本问题[1-2]。

1 工作原理

电子皮带秤的工作原理是把皮带上所运载的单位长度上的质量q（kg/m）与物料的速度v（m/s，用皮带的速度来代替）相乘，然后对时间t（s）进行积分，从而得到物料的输送量。这种计量方式的理论推导简介如下：

dw=q·dx

dx=v·dt

dx段的物料dw=q·v·dt

把X0到X1这一段物料从皮带称上通过的前后时间相应地定为t0，t1，则在时间t0～t1内输送并称量的物料为

为得到实际输送量，数字式发送器需要测量单位长度上的质量q（kg/m）与物料的速度 v（m/s），并将以上参数预处理后以编码形式送往显示积算器[3-4]。电子皮带秤工作原理如图1所示。

图1 电子皮带秤工作原理图

无线传输数字式电子皮带秤是将传统的模拟、有线式电子皮带秤分为2部分：即将原来电子皮带秤仪表中的模拟部分、速度检测部分及其模数转换部分，再加入无线收发电路作为皮带秤专用的“数字式发送器”，安装在皮带秤架附近的机架上；将原来电子皮带秤仪表中的显示部分、操作菜单及输入输出接口部分，再加入无线收发电路作为皮带秤专用的“显示积算器”，安装在操作人员边上适当的地方。数字式发送器与显示积算器之间的信息交换采用无线数字式传输方式。当数字式发送器与显示积算器之间的距离较近，铺设电缆又较方便的话，也可以采用有线数字式传输方式。显示积算器与上位机或其他显示装置之间的信息交换采用无线数字式传输方式。

由数字式发送器的模拟部分提供称重传感器直流桥压，并将称重传感器的输出电压放大、滤波后进行A/D转换。数字式发送器接受测速传感器送来的由皮带的速度转换成的脉冲信号。数字式发送器将正比于皮带负荷的A/D转换结果及速度信号，经预处理后，用数字通信的方式经光电耦合隔离，再采用无线或有线的方式送往显示积算器。

显示积算器接受由数字式发送器送来经过处理的皮带负荷及速度信号，对以上两路信号积分，求出物料输送量，并进行数据显示，打印以及通过接口与上位机进行通信，以达到集中控制及数据采集的目的[5-6]。

下面结合附图对无线传输数字式电子皮带秤2种方案的工作原理作进一步说明。

方案1（见图2），其中数字式发送器与皮带秤显示积算器之间信息交换使用无线的数字式传输方式，皮带秤显示积算器与上位机或其他显示装置之间的信息交换也使用无线数字式传输方式。

图2 无线传输数字式电子皮带秤的工作原理框图（方案1）

图3 无线传输数字式电子皮带秤的工作原理框图（方案2）

方案2（见图3），其中数字式发送器与皮带秤显示积算器之间信息交换使用有线的数字式传输方式，而皮带秤显示积算器与上位机之间的信息交换使用无线数字式传输方式。

在图2中，数字式发送器1安装在皮带秤架5的附近，以尽量缩短数字式发送器同负荷传感器4及速度传感器6的连线距离，减少不必要的干扰和衰减。显示积算器2安装在操作人员边上的操作柜上，它与数字式发送器1的信息交换采取无线的数字传输方式；为适应显示积算器2与上位机3或其他显示装置7、8之间的灵活数据交换，它们之间的信息交换采取无线的数字传输方式。

设备使用时，皮带秤架上输送皮带上被输送的物料质量信号经过负荷传感器4转化为电量送到数字式发送器1，输送皮带的速度信号经过速度传感器6转化为电量同样送到数字式发送器1，两路信号在数字式发送器1经过放大、A/D转换、数字预处理后通过无线或有线的方式传送到显示积算器2。显示积算器2将由与数字式发送器1传送来的皮带运行的物料质量信号同速度信号进行积分并进行一系列处理后就得到被输送的物料的输送累计量。显示积算器2的输送累计量等数据通过无线的方式传送到上位机3或其他显示装置7、8供进一步处理使用。

在图3中，电子皮带秤数字式发送器1与显示积算器2的信息交换采取有线的数字传输方式；显示积算器2与上位机3之间的信息交换采取无线的数字传输方式[7]。

2 应用实例

浙能温州发电有限公司二期工程的#12和#14电子皮带秤现场到输煤程控的传输信号电缆损坏，现场考察后，发现设备在使用中存在的诸多问题：

（1）为在输煤程控室实时监控皮带秤的状态，原设计在两地之间铺设了2条电缆，1条为传输吨计数脉冲，1条为传输4～20mA瞬时流量信号；

（2）电子皮带秤到输煤程控室的距离约为800m，其中4～20mA信号在长距离传输受到外界的干扰，数据不准确；

（3）输煤程控室不但需要得到累计输送量及4～20mA瞬时流量信号，还需要了解皮带的负荷、带速等信号，同时，当发现皮带秤皮重超出范围时，对其进行调皮操作，这样就还要增加4条电缆；

（4）就地累计值和输煤程控累计值需要同步[8-9]。

根据以上情况，为达到远程监控和远程操作的目的，将仪表改用显示积算器和数字发送器,可达到的如下功能：

（1）数字发送器与显示积算器之间传输距离可达1 000 m，其间传输的信号为数字信号，具有更高的长期稳定精度及抗干扰能力；

（2）安装专用无线模块的PC电脑与显示积算器之间传输距离可达1000m，并有自动跳频功能，通信更可靠；

（3）安装专用无线模块的PC电脑可以运行专用软件，可将显示积算器上的数据上传至计算机，由计算机对数据进行处理，如生成各类数据报表，对流量进行监控，并可生成各类曲线图以方便查阅；

（4）由于数字发送器具有0.05%的准确度，而显示积算器为纯数字运算仪表，万一发生故障，可以在几分钟内更换仪表并恢复参数，不需要进行实物标定，可立即投入使用；

（5）可由PC电脑通过专用无线模块，远程对显示积算器上的参数进行查询、修改。

整个改造结束后，较原来的方案节约经费88%，工期也大大缩短。

3 结束语

经过温州电厂、嘉兴电厂等很多次现场的实际验证，这种无线传输式电子皮带秤的性能稳定可靠，测量精度高，而且极大方便了电厂的生产，得到了广大用户的一致好评。

[1]陶瑞星.电子称重技术发展的若干探讨[J].自动化仪表，1997（3）：1-2.

[2] 冯振国.电子皮带秤使用中存在问题的分析和解决途径[J].计量技术，2003（3）：57-58.

[3] 曹立平，马纯良.中国衡器实用技术手册[M].北京：中国计量出版社，2005.

[4] 易才生，邹炳易，张家玮.皮带秤[M].北京：中国计量出版社，1990.

[5]JJG 195—2002连续累计自动衡器（皮带秤）[S].北京：中国计量出版社，2002.

[6]GB/T 7721—1995电子皮带秤[S].北京：中国标准出版社，1995.

[7] 方原柏.电子皮带秤[M].北京：冶金工业出版社，2007.

[8]幸海辉.电子皮带秤的误差分析[J].中国西部科技，2005（3A）：19-20.

[9] 马云飞.电子皮带秤物料试验及其不确定度分析[J].计量与测试技术，2010，37（8）：65-66.